无机盐中和碱性木质素与蒙脱土及其产物作为橡胶补强剂的应用

发布时间：2020-11-10 01:35

　　 木质素作为仅次于纤维素的第二大天然高分子材料,其应用与开发吸引了研究者的广泛兴趣。论文针对碱木质素在橡胶应用过程中存在的工艺路线与环保问题,展开了系列研究。具体研究内容如下:1、利用硫酸锌、硫酸铝、硫酸镁/硫酸铝混合物替代无机酸中和碱木质素,并与钙基蒙脱土湿法球磨制备了三种不同无机盐修饰的碱木质素-蒙脱土复合物:硫酸锌修饰的碱木质素-蒙脱土复合物(Zn-LM)、硫酸铝修饰的碱木质素-蒙脱土复合物(Al-LM)、镁铝复合盐修饰的碱木质素-蒙脱土复合物(MgAl-LM)。利用粒径分析仪对球磨过程中产生物质的粒子种类和大小进行了分析。通过无机盐的添加量有效控制了球磨复合物的酸碱度。实验结果表明:木质素能有效分散蒙脱土,球磨4 h,复合物粒径可达3μm左右。本文用粒径分析仪对球磨工艺的动态过程进行了分析;用无转子硫化仪探究了橡胶复合材料的硫化特性;用万能试验机研究了橡胶复合材料的机械性能;用差示扫描量热仪(DSC)表征了橡胶复合材料界面的相容性。2、利用制备的木质素-蒙脱土复合物分别与不同极性的橡胶(丁腈橡胶(NBR)、丁苯橡胶(SBR)、顺丁橡胶(BR))通过开炼机混合,热压成型后,制备了不同的橡胶复合材料。利用无转子硫化仪考察了橡胶复合材料的硫化特性,获得了最佳硫化工艺;利用万能试验机对橡胶制品的机械性能进行了测试。结果表明:填料具有较好的补强作用。Zn-LM/NBR在m_L/m_M=1:7,填料含量为70份时,拉伸强度为14.2 MPa,扯断伸长率为1041%;Al-LM/NBR在m_L/m_M=1:5,填料为含量为70份时,拉伸强度为13.0 MPa,扯断伸长率为925%;MgAl-LM/NBR在m_L/m_M=1:5,填料含量为60份时,拉伸强度为13.5MPa,扯断伸长率为968%。此时丁腈橡胶复合材料的机械力学性能较理想。Zn-LM/SBR在m_L/m_M=1:3,填料份数为60份,拉伸强度增加到18.3MPa,扯断伸长率增加到1830%;Al-LM/SBR在m_L/m_M=1:3,填料含量为70份时,拉伸强度增加到18.4 MPa,扯断伸长率增加到1754%;MgAl-LM/SBR在m_L/m_M=1:5,填料含量为60份时,拉伸强度增加到16.4 MPa,扯断伸长率增加到2317%。此时丁苯橡胶复合材料的机械力学性能较理想。Zn-LM/BR在m_L/m_M=1:3,填料含量为60份时,拉伸强度达到11.4 MPa,扯断伸长率达到1717%;Al-LM/BR在m_L/m_M=1:3,填料含量为70份时,拉伸强度达到11.0 MPa,扯断伸长率达到2089%;MgAl-LM/BR在m_L/m_M=1:3,填料含量为70份时,拉伸强度达到10.5 MPa,扯断伸长率达到2630%。此时顺丁复合材料的力学性能较理想。差示扫描量热仪(DSC)结果表明橡胶复合材料界面具有较好的相容性。本文所制备填料的主要原料为无机盐、碱木质素和蒙脱土,原料来源广,成本比传统填料炭黑更具优势,又解决了传统酸中和的木质素/蒙脱土填料制备工艺带来的废水和设备腐蚀等问题。因此,无机盐中和碱木质素与蒙脱土共混制备的复合物可望开发成一类环境友好、经济价值高的橡胶新型填料。
【学位单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ330.38
【部分图文】：

图 1-1 碱木质素的基本结构单元Figure 1-1 Basic structural unit of alkali lignin碱木质素中含有大量的酚羟基、醇羟基、羧基等极性基团。其中酚羟质素的理化性质影响最大，如木质素的酯化、醚化、缩合程度及溶解基具有絮凝作用，可用作水处理剂；碱木质素可用在热固性粘合剂中苯酚制备酚醛树脂[5]；另外碱木质素分子中的受阻酚结构能够捕捉自可以用来改善材料的抗热氧老化性能[6]；由于碱木质素带负电，而蒙，两者能够较好的吸附，因此能起到有机修饰蒙脱土的作用。 碱木质素的改性碱木质素因其溶解性和特殊的交联结构，在高分子化合物应用中存在差、不易分散以及形态不可控等问题。因此，木质素在使用前应对其

图 1-2 蒙脱土的结构示意图Figure 1-2 Schematic diagram of montmorillonite2.3 蒙脱土的改性纯的蒙脱土是一种无机物，表面的硅酸盐具有亲水性，因此不能与亲油性的合物很好相容。大部分橡胶极性小，蒙脱土与橡胶共混时容易团聚，相容性差。了改善天然蒙脱土的性质，需要对蒙脱土进行改性，主要方法有：酸改性、无盐改性和有机改性。改性后的蒙脱土性质与其化学组成和结构参数密切相关。1.2.3.1 酸改性酸改性主要通过对蒙脱土进行酸性洗涤或加热，使其层间的阳离子与酸发生用，转变成可溶性盐类从层间溶出，减弱层间结合力，扩大层间距，从而改善脱土的比表面积和吸附能力[40]。酸改性可采用传统无机酸，如硫酸、盐酸、磷

图 2-1 蒙脱土球磨时间与粒径分布图Figure 2-1 Particle size distribution ofmontmorillonite at different ball milling period of ti图 2-2 硫酸锌与碱木质素混合物球磨时间与粒径分布图gure 2-2 Particle size distribution of zinc sulphate-alkali lignin mixture at different ball miperiod of time
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本文编号：2877267